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ADI:開關(guān)穩(wěn)壓器占空比的重要性

analog_devices ? 來源:亞德諾半導(dǎo)體 ? 作者:Frederik Dostal ? 2020-08-25 15:51 ? 次閱讀
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開關(guān)穩(wěn)壓器使用占空比來實(shí)現(xiàn)電壓或電流反饋控制。占空比是指導(dǎo)通時(shí)間(TON) 與整個(gè)周期時(shí)長(關(guān)斷時(shí)間 (TOFF)加上導(dǎo)通時(shí)間)之比,定義了輸入電壓和輸出電壓之間的簡單關(guān)系。更準(zhǔn)確的計(jì)算可能還需要考慮其他因素,但在以下這些說明中,這些并不是決定性因素。開關(guān)穩(wěn)壓器的占空比由各自的開關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)錄Q定。降壓型(降壓)轉(zhuǎn)換器具有占空比D,D = 輸出電壓/輸入電壓,如圖1所示。對于升壓型(升壓)轉(zhuǎn)換器,占空比D = 1 –(輸入電壓/輸出電壓)。

圖1. 采用ADP2441的典型降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器。

這些關(guān)系僅適用于連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)。在這個(gè)模式下,電感電流在時(shí)間段T內(nèi)不會降至0。以額定負(fù)載工作的電路一般使用這種模式。在低負(fù)載下,或者間歇性工作時(shí),線圈電流在關(guān)斷時(shí)間放電。這個(gè)模式稱之為斷續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)。這兩種工作模式在特定輸入電壓和輸出電壓下,都有自己的占空比關(guān)系。

圖2所示為時(shí)域中的開關(guān)行為示例。在這個(gè)示例中,我們考慮在非間歇工作模式下的降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器;即,在連續(xù)導(dǎo)通模式下。占空比與開關(guān)頻率無關(guān)。時(shí)段T一般在20 μs (50 kHz)和330 ns (3 MHz)之間。如果輸入電壓和輸出電壓的值相同,那么需要占空比 = 1。這意味著,只存在導(dǎo)通時(shí)間,不存在關(guān)斷時(shí)間。但是,并非每個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器都能實(shí)現(xiàn)。如圖1所示,為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)占空比,高壓側(cè)MOSFET必須持續(xù)導(dǎo)通。如果這個(gè)開關(guān)設(shè)計(jì)為N通道MOSFET,其柵極電壓需要高于電路的輸入電壓,器件才能運(yùn)行。

如果每次導(dǎo)通之后都需要關(guān)斷一定時(shí)間(占空比<1時(shí)的情形),根據(jù)電荷泵原理,可以輕松生成比電源電壓高的電壓。但是,對于100%占空比,這不可能實(shí)現(xiàn)。所以,對于占空比為100%的開關(guān)穩(wěn)壓器,要么采用不依賴開關(guān)穩(wěn)壓器MOSFET、獨(dú)立運(yùn)行的精密電荷泵,要么將圖1所示的高壓側(cè)開關(guān)設(shè)計(jì)為P通道MOSFET。這些都會導(dǎo)致工作量和成本增加。

圖2. 降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器開關(guān)的時(shí)域表示(CCM模式下線圈電流)。

圖3所示為開關(guān)穩(wěn)壓器 ADP2370,該穩(wěn)壓器通過將P通道MOSFET用作高壓側(cè)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)100%占空比。對于這種類型的降壓轉(zhuǎn)換器,輸入電壓可以降低至非常接近輸出電壓。將P通道開關(guān)集成到開關(guān)穩(wěn)壓器中,可以避免產(chǎn)生額外成本。

圖3. 可實(shí)現(xiàn)100%占空比的開關(guān)穩(wěn)壓器示例。

如果應(yīng)用要求輸入電壓能夠降至非常接近輸出電壓設(shè)置點(diǎn)的水平,則應(yīng)選擇允許占空比 = 1或100%的開關(guān)穩(wěn)壓器。

占空比除了受開關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)涞母邏簜?cè)開關(guān)決定的這種限制外,還受其他因素限制。我們將在稍后的電源管理技巧中為大家介紹。

作者簡介

Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)。他于2001年開始工作,涉足電源管理業(yè)務(wù),曾擔(dān)任多種應(yīng)用工程師職位,并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年,負(fù)責(zé)開關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司,并在慕尼黑ADI公司擔(dān)任電源管理現(xiàn)場應(yīng)用工程師。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
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原文標(biāo)題:關(guān)于占空比,這些知識你可能會用的上~

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